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有人在家嗎? 嘗試敲響外星人家門的SETI@home

科學月刊_96
・2020/04/18 ・3080字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 495 ・六年級
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  • 曾耀寰/中央研究院天文與天文物理研究所研究副技師,本刊理事長。

人類不斷在無垠的宇宙中尋找類似自己的生物體,雖然機會十分渺茫,卻始終澆不熄外星愛好者對於未知領域的熱情。

20多年前啟動的 SETI@home 計畫,讓普羅大眾也能與科學家並肩作戰,一同找尋外星文明。如今 SETI@home 即將結束,但外星迷們也不用擔心,近期各大研究機構都有推出類似的計畫。或許在找尋外星文明的過程中,人類也能反思自己在宇宙中的定位。

SETI@home是什麼?

今(2020)年 3 月初,美國柏克萊 SETI 研究中心(SETI Institute)發布訊息,該中心將於三月底停止對外提供觀測資料,SETI 是尋找地外文明(Search for Extra-Terrestrial Intelligence)的縮寫。

這項服務始於上個世紀 1999 年 5 月 17 日,至今已滿 21 年,這是讓一般民眾志願協助天文學家分析資料的計畫,只要用個人電腦就可以參與分析,這計畫稱做 SETI@home。

傳統客戶端(SETI@Home Classic)運行界面。圖/wikipedia

根據研究中心的統計,累計到 2008 年 SETI@home 已經超過 17 萬名自願貢獻者,超過 32 萬台電腦參與分析資料,現今平均計算能力高達 1.2 拍浮點運算(petaflops,〔註一〕)。相較於全世界超級電腦排名,大約是第 466 名,而全世界最快超級電腦的計算能力則是 148.6 petaflops。

20年前如何尋找外星人? 原來是利用螢幕保護程式!

為什麼有這麼多自願者加入計畫?因為大家想知道宇宙是否有外星人。天文學有三大吸引大眾目光的研究:系外行星黑洞宇宙學

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去(2019)年 4 月事件視界望遠鏡計畫發布 M87 星系中心超大質量黑洞的照片轟動全世界;而去年的諾貝爾物理獎得獎的三位天文學家,研究方向就是系外行星和宇宙學。不諱言,找尋系外行星就是找尋外星人的前傳,要先找到可居住的家,才可能有生物,進而有機會發現高等文明。

SETI@home 上線的 1999 年是怎樣的年代?

大家現在熟悉的 iPhone,第一代是在 2007 年 6 月發售,開啟了智慧手機的時代,而 1999 年用的手機幾乎是諾基亞(Nokia)和摩托羅拉(Motorola)的天下,手機螢幕只佔整體的三分之一。

與這個計畫同年代的是這個宇宙無敵霹靂大隻的摩托羅拉(看著看著,連用詞都老了)圖/wikipedia

另外,當時個人電腦的主流 CPU 是英特爾(Intel)32位元的 PentiumIII 處理器,運算速度比現在慢了 10000 倍。電腦顯示器的厚度和寬度差不多,像一口大箱子,屬於陰極射線管顯示器(cathode-ray tube, CRT),螢幕玻璃的背面塗上紅綠藍三種顏色的螢光粉,顯示器利用高壓放電的方式,同時將三道電子束打向螢幕,產生多采多姿的影像。

當時主流的網路頻寬是 10 Mbps 乙太網路,大約只有現在的百分之一,家裡用的網路是透過電話撥接上網,這些都不是現在的讀者可以想像。

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你們都在找我嗎?真不好意思(設計對白)。圖/tenor

雖是 1999 年啟動上線,SETI@home 的點子則來自 1994 年的一場討論,當時天文學家卡斯諾夫(Craig Kasnov)和電腦工程師傑岱(David Gedye)聊到如何激發大眾對科學的興趣,並且還能協助科學家分析資料,於是「大家一起幫天文學家找尋外星人」就成了最吸引人的點子。

傑岱將網際網路、分散式計算、地外電波訊號及螢幕保護程式結合在一起,民眾只要下載螢幕保護程式,在個人電腦空閒的時候,程式會在暗地裡下載電波訊號進行資料處理。

原本螢幕保護程式的功能是在電腦閒置時會自動執行的程式,藉以延長早期電腦 CRT 螢幕的壽命,現在除了保護螢幕,還可以找尋外星人,簡直是一舉數得,如果發現外星人,甚至可以名流千古。

追尋外星人其實是為了更了解自己

外星人的追風並不是現在才流行,美國亞利桑那州的羅威爾天文台(Lowell Observatory)是由波士頓富商羅威爾(Percival Lowell)在 1894 年建立。天文台建造以來成果豐碩,1930 年美國天文學家湯博(Clyde Tombaugh)就是在此處發現冥王星。

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古今中外的人們都對底求以外的文明充滿好奇。圖/wikipedia

羅威爾最初建造此天文台的主要目的是找火星表面的文明遺跡,他深信火星表面看到的複雜條紋是火星人建造的運河。更早在 17 世紀,克卜勒也寫過一本有關月球旅行的科幻小說(Somnium);而嫦娥的故事應該算是中國有關月球的科幻小說。

人們一直思考地球以外的文明,人類是宇宙孤寂的生命嗎?處於 21 世紀的人們,難道只能思考或者聽從一些飛碟組織宣稱外星人降臨或早就來到地球的說法嗎?

西方宗教將亞當和夏娃認做人類的始祖,是上帝照自己的形象創造出來的,而西方人自認上帝子民,居住的地球處在宇宙中心,任何異於地心說的論述都是邪魔歪道。

在科學的證據下,人們開始以開放的眼光看宇宙。圖/piqsels

在科學家藉由一連串的觀測證據下,人類不斷地從各種中心地位走下台階,地球不再是太陽系中心,太陽也非銀河系中心,甚至在熱大霹靂學說中,宇宙沒有任何位置是宇宙的中心。除此之外,人類也不再只是上帝唯一的複刻本,各種型態的生命都可能存在宇宙某個角落,它們未必是以碳氫氧的有機體存在,也不一定需要陽光、氧氣和水,在科學的證據下,人們要以開放的眼光看宇宙。

人類文明難道是宇宙千億年孤寂嗎?人們應該將搜尋地外文明視為人類對自己在宇宙的定位,及對宇宙生命起源的瞭解。

人們要做的不是執迷外星人出現在地球上的虛幻遺跡,應該用科學仰望浩瀚無垠的宇宙,更仔細且精確地找尋天際間的蛛絲馬跡,類似 SETI@home 讓一般大眾參與找尋地外文明的科學研究,不僅協助天文學家分析真正的科學證據,更可以進一步開拓個人的宇宙觀。

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SETI@home即將結束,誰來接續尋找外星人?

隨著 SETI@home 停止服務,尋找地外文明是否也跟著停擺?其實天文學家還繼續收集和分析資料。

SETI@home 讓一般大眾透過螢幕保護程式,每次下載電波望遠鏡 100 秒資料,再剔除來自人造衛星、電視、廣播電台和各種有意義的天體電波訊號(如脈衝星),從中找尋「雜訊」,天文學家再藉由這些雜訊進一步分析是否為來自地外文明。

雖然 SETI@home 停止服務,但收集資料的阿雷西波電波望遠鏡(Arecibo Observatory)仍繼續正常運作,科學家仍可持續分析數據。圖/wikipedia

雖然在今年 4 月以後,這項公眾參與科學的工作不再持續,原本收集資料的阿雷西波電波望遠鏡(Arecibo Observatory)仍繼續正常運作,而天文學家將更深入分析過往 20 多年的資料。以前分析 100 秒資料就像是拿著放大鏡挨著大象分析皮膚的皺褶,現在則是向後退個三五步,從更寬廣的角度觀看並瞭解這隻大象。

而公眾參與科學研究的活動是否就此停止嗎?有鑑於 SETI@home 是一項非常成功的創舉,各種類型的科學研究機構早已紛紛推出自家版本的公眾參與科學計畫,例如

  • 預測蛋白質三維折疊行為的 folding@home,
  • 比較宇宙理論模型和實際觀測資料的 cosmology@home,
  • 甚至有名為宇宙動物園(Zooniverse)的專門網站,提供將近 100 個網路公民計畫(Citizen Science),讓民眾直接上網站分析科學家提供的資料。

至於尋找地外文明的觀測計畫,除了原本阿雷西波電波望遠鏡,位在南非的 MeerKAT 陣列及中國貴州的天眼未來都有可能提供資料給 SETI 研究中心,其他相關研究仍不斷推陳出新。雖然科學界對於是否該主動搜尋地外文明的觀點分歧,但思考人們是否孤寂於宇宙,對人類自我定位和未來發展方向,肯定會有深刻的反思。

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註解

  1. petaflops代表每秒有1015次的浮點運算,而浮點是電腦系統中常見表達小數點數值的方法,可用於估算電腦效能。


〈本文選自《科學月刊》2020年4月號〉

在一個資訊不值錢的時代中,試圖緊握那知識餘溫外,也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。

 

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圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

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  • 作者/賴昭正|前清大化學系教授、系主任、所長;合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒,那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬.霍金(Stephen Hawking) 英國理論物理學家

大約在八十年前,當第一台數位計算機出現時,一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧;但七十年後,還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」(Artificial Intelligent,簡稱 AI)的能力最近十年突然起飛,在許多(所有?)領域的測試中擊敗了人類,正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元(graphic process unit,簡稱 GPU)是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia(英偉達)股票從每股不到 $5,上升到今天(5 月 24 日)每股超過 $1000(註一)的全世界第三大公司,其創辦人(之一)兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳(Jenson Huang)也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人!可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎?到底是時勢造英雄,還是英雄造時勢?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

在回答這問題之前,筆者得先聲明筆者不是學電腦的,因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事,不是我們外行人需要了解的;但作為一位現在的知識分子或公民,了解基本原理則是必備的條件:例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析,即可判斷永動機是騙人的;又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上,它們不用往室外排廢熱氣,就可以提供屋內冷氣,讀者買嗎?

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」(central process unit,簡稱 CPU)。CPU 是電腦的「腦」,其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務,如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作;但為了簡單化,我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作(arithmetic and logic unit,簡稱 ALU),如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下,CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

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在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時,CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後,CPU 開始顯示心有餘而力不足:例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素(pixel),每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年,英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定/裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」(註二)定位為「世界上第一款 GPU」,「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU,GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作,快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢?因每一時刻只能做一件事,所以其步驟為:

  • 計算 7×5;
  • 計算 6/3;
  • 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢?很多工作便可以同時(平行)進行:

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  • 同時計算 7×5 及 6/3;
  • 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間,但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢?單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間(16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間),而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間(1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間)!

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了,如何將它擺正成右圖呢? 一句話:「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點(座標 x, y)組成的,所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了:每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

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即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算!如果每一運算需要 10-6 秒,那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉,便需要 6 秒,這豈是電動玩具畫面變化所能接受的?

圖形處理的例子

人類的許多發明都是基於需要的關係,因此電腦硬件設計家便開始思考:這些點轉換都是獨立的,為什麼我們不讓它們同時進行(平行運算,parallel processing)呢?於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 106 運算,那上圖的轉換只需 10-6 秒鐘!

GPU 的興起

GPU 可分成兩種:

  • 整合式圖形「卡」(integrated graphics)是內建於 CPU 中的 GPU,所以不是插卡,它與 CPU 共享系統記憶體,沒有單獨的記憶體組來儲存圖形/視訊,主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上;早期英特爾(Intel)因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤,在這方面的研發佔領先的地位,約佔 68% 的市場。
  • 獨立顯示卡(discrete graphics)有不與 CPU 共享的自己專用內存;由於與處理器晶片分離,它會消耗更多電量並產生大量熱量;然而,也正是因為有自己的記憶體來源和電源,它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年,英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後,科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化,在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效,因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理,不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化,也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬(註三)等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分,正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲,遠遠落在英偉達(80%)及超微半導體公司(Advance Micro Devices Inc.,19%,註四)之後,大約只有 1% 的市場。

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典型的CPU與GPU架構

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」,而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心(core)單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心,因此其核心功能不如 CPU 核心強大,但它們能同時高速執行大量相同的指令,在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心;GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書,不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等,也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺,它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是:嘴巴在講,腦筋思考已經不知往前跑了多少公里,常常為了追趕而越講越快,將不少學生拋到腦後!這不表示筆者聰明,因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技,因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣(matrix)的讀者應該知道,如果用矩陣和向量(vector)表達,上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的(註五)。而矩陣和向量計算正是機器學習(machine learning)演算法的基礎!也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在!因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石:它們的架構就是充分利用並行處理,來快速執行多個操作,進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」(deep learning)。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂:「下一次工業革命已經開始了:企業界和各國正與英偉達合作,將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升,幫助企業降低成本和提高能源效率,同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子:下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後,讀者是不是認為筆者該退休了?

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GPU(圖形處理單元)和 AI(人工智慧)之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力,特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步,使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率,使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐,而且使其更具成本效益,因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展,GPU 的角色可能會變得更加不可或缺,推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標,這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作,使我們能夠執行複雜的任務,例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外,研究表明,與非人類動物相比,人類大腦具有更多平行通路,這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上,一邊聽音樂一邊做飯,或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技,因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵:透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

(註一)當讀者看到此篇文章時,其股票已一股換十股,現在每一股約在 $100 左右。

(註二)組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」(GeForce 256)插卡吧?

(註三)筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時,就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士(fellow)」Enrico Clementi 的團隊:因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層,我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦(非 IBM 品牌!)與一大型電腦連接來做平行運算,進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

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(註四)補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商:英偉達及 ATI(Array Technology Inc.)。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立,2006 年被超微半導體公司收購,品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐(Lisa Tzwu-Fang Su)博士為執行長後,股票從每股 $4 左右,上升到今天每股超過 $160,其市值已經是英特爾的兩倍,完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色,正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題:超微半導體公司現任總裁(兼 AI 策略負責人)為出生於台北的彭明博(Victor Peng);與黃仁勳及蘇姿豐一樣,也是小時候就隨父母親移居到美國。

(註五)

延伸閱讀

  • 熱力學與能源利用」,《科學月刊》,1982 年 3 月號;收集於《我愛科學》(華騰文化有限公司,2017 年 12 月出版),轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
  • 網路安全技術與比特幣」,《科學月刊》,2020 年 11 月號;轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。
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賴昭正_96
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成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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晚期攝護腺癌骨轉移不灰心!積極治療減少痛苦、顯著延長存活期
careonline_96
・2024/07/19 ・2488字 ・閱讀時間約 5 分鐘

「那是一位 60 多歲的男士,因為嚴重背痛而就醫,才發現是攝護腺癌骨轉移。」義大醫院外科副院長林嘉祥教授指出,「雖然在診斷時便是第四期攝護腺癌合併單獨腰椎轉移,但是患者勇敢積極的接受各項治療,包括脊椎手術、腰椎轉移部位放射線治療、達文西根除性攝護腺癌根除手術、骨轉移藥物治療、及男性賀爾蒙剝奪療法等。」

經過幾個月的治療,不僅背痛大幅改善,攝護腺癌也明顯縮小,所以在經過多專科癌症團隊的詳細討論後,病人與家屬決定利用達文西手術切除攝護腺癌原始病灶,術後患者順利恢復。林嘉祥醫師說,患者原本是坐著輪椅進到診間,因為劇痛而生不如死,不過在接受一系列的治療後,患者的生活品質大幅改善,目前狀況良好,持續在門診追蹤治療。

早期攝護腺癌患者就像隱形殺手,其實大多沒有症狀,一般是在門診或健診時,經由肛門指診、攝護腺超音波、或抽血檢驗 PSA 指數上升,進而懷疑攝護腺癌的可能。林嘉祥醫師說,倘若出現解尿不順、頻尿、夜尿、尿不乾淨等症狀,一定要到泌尿科門診檢查,泌尿科醫師會照以上之方式予以檢查,如果放任不管像上述病人產生腰痛時,往往已經是比較晚期的攝護腺癌。

在台灣,大約五六成的攝護腺癌患者在發現時已是第三期、第四期。林嘉祥醫師解釋,臨床上會根據 T、N、M 來決定攝護腺癌的分期,T 是評估腫瘤大小以及是否侵犯周圍的組織,N 是評估淋巴結轉移的狀況,M 是評估遠端轉移的狀況。晚期攝護腺癌可能出現遠端轉移,而骨頭轉移是相當常見的轉移部位。

攝護腺癌骨轉移常發生在中軸骨,例如脊椎、骨盆等處。林嘉祥醫師說,出現骨頭轉移時,患者可能感到痠痛不適,但是也可能沒有感覺。隨著骨頭轉移惡化,各種骨骼併發症將陸續發生,當神經受到壓迫可能導致肢體無力、癱瘓;由於骨轉移病灶會破壞骨骼的結構,患者可能在輕微受力下便出現病理性骨折,導致劇烈疼痛、行動不便。

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輕忽骨轉移會對患者造成嚴重的衝擊,包括生活品質低落、失去工作能力、因為行動不便而需要仰賴他人照顧等。為了治療各種骨骼併發症,勢必增加醫療花費,而且可能中斷攝護腺癌的治療計畫,影響存活率。

林嘉祥醫師說,「骨骼併發症會影響患者的生理與心理,並對家屬造成沉重的負擔。如果發現有骨轉移的狀況,一定要積極接受治療!」

攝護腺癌患者在治療、追蹤的過程中,醫師會定期抽 PSA 之外,安排全身骨骼掃描(Whole body bone scan)。林嘉祥醫師說,全身骨骼掃描能夠偵測骨骼轉移的病灶,幫助醫師適時調整治療策略。

「運動造成的痠痛通常會在休息後漸漸改善,骨頭轉移的痠痛通常會持續或加劇。」林嘉祥醫師說,「癌症患者如果察覺有持續骨頭痠痛的狀況,一定要在回診時向醫師反應,不要自認為是一般的腰痠背痛,而延誤病情。」

晚期不等於末期!積極治療維持生活品質

「晚期不等於末期!」林嘉祥醫師強調,「攝護腺癌合併骨頭轉移算是第四期,但是第四期並非末期,透過積極治療,還是能夠維持生活品質、提升存活率。」

在二、三十年前,第四期攝護腺癌患者的存活期大約是 1.5 至 2.5 年。林嘉祥醫師說,隨著治療工具的進步,現在第四期攝護腺癌患者的存活期已大幅提升,很多患者的存活期甚至可以達到七、八年以上。

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醫師一方面會針對攝護腺癌進行治療,一方面會針對骨轉移進行治療。林嘉祥醫師說,臨床上主要利用男性荷爾蒙剝奪療法,降低患者體內的男性荷爾蒙,達到抑制攝護腺癌的效果。

骨轉移的治療包括藥物治療、放射治療等。林嘉祥醫師說,藥物治療的選擇主要有單株抗體藥物、雙磷酸鹽藥物,可抑制蝕骨細胞之活性,減少骨質被吸收,有效延緩骨骼併發症發生,以維持生活品質、減少失能的機會。

另外,患者也要攝取足夠的營養,幫助生成新骨質。每天的鈣質攝取建議達到 1,000 mg(毫克),維生素 D 攝取建議達到 400 IU(國際單位)。

使用骨轉移藥物時,少部分患者可能會出現顎骨併發症。林嘉祥醫師說,在骨轉移治療前,會先請患者至牙科檢查,在治療期間,務必維持良好的口腔衛生,建議可以響應政府德政,每 3 個月進行 1 次公費氟化物治療,除了可以降低蛀牙風險,有專業的牙科醫師定期檢查更能確保口腔衛生。

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林嘉祥醫師也鼓勵,義大醫院癌症中心整合了腫瘤外、內科,放射腫瘤科、影像診斷科、營養師、社工師、復健師等多科別團隊的專業,幫助患者打造一條龍式的治療,不僅可以幫助患者打造各適切的療程,也可以讓患者受到更完整的醫療照護,可以更便利的擊退攝護腺癌威脅。

貼心小提醒

「晚期攝護腺癌不等於末期!轉移也不等於末期!」林嘉祥醫師說,「請不要灰心,不要怕麻煩!目前有越來越多治療工具,患者與家屬要與醫療團隊好好討論、密切配合,針對攝護腺癌以及骨轉移進行治療,便可維持生活品質,回復原本的生活,並能顯著延長存活期!」

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甲狀腺癌復發:次世代基因定序 NGS 協助擬定治療計畫,健保給付條件看這裡
careonline_96
・2024/07/17 ・2205字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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「那是一位 50 多歲的女士,發現甲狀腺癌後有接受治療,但是在幾年後發現甲狀腺癌復發,並轉移至肺部。」高雄榮民總醫院核子醫學科主任諶鴻遠醫師指出,「復發的腫瘤對放射碘的反應不佳,經過標靶藥物治療後一段時間,產生抗藥性、病情惡化,這位患者也漸漸出現肋膜積水,走路會喘、躺下也會喘。」

經過討論後,患者接受次世代基因定序 NGS 檢測,發現有 RET 融合基因突變。諶鴻遠醫師建議,針對 RET 融合基因突變,患者開始接受 RET 抑制劑治療。

經過一個月的治療後,患者的症狀大幅改善、肋膜積水消退。諶鴻遠醫師發現,大概四個月後,患者再次接受放射碘治療,也能夠發揮治療成效,讓患者的狀況越來越穩定,目前持續在門診追蹤治療。

甲狀腺癌初期沒有明顯症狀,多數患者是在接受甲狀腺超音波檢查時意外發現。諶鴻遠醫師指出,隨著腫瘤變大,患者可能摸到頸部腫塊、淋巴結腫大、覺得頸部有壓迫感、頸部疼痛、或吞嚥不適。如果喉返神經遭到侵犯,患者可能出現聲音沙啞、容易嗆到等狀況。如果氣管受到壓迫,患者的呼吸也會受到影響。當甲狀腺癌轉移至骨骼、腦部、肺部等部位時,便會造成骨頭疼痛、頭痛、呼吸不適或咳嗽等各式各樣的症狀。

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臨床上懷疑是甲狀腺癌時,通常會在超音波導引下做穿刺,取部分細胞出來做檢查。諶鴻遠醫師說,手術是甲狀腺癌的主要治療方式,在狀況許可時,通常會安排手術,切除甲狀腺並進行頸部淋巴結廓清。

部分甲狀腺癌患者,在開完刀還要做放射碘治療,幫助降低復發風險。諶鴻遠醫師說,完成初步治療後,患者一定要定期追蹤,醫師會視狀況安排抽血檢測包括腫瘤標記、甲狀腺功能等,影像檢查包括頸部超音波檢查、電腦斷層、腫瘤掃描等。

「甲狀腺癌患者可能在術後一、二年復發,也可能在十年後復發,所以務必定期追蹤,才能在發現復發跡象時,啟動下一階段的治療。」諶鴻遠醫師說,「復發的甲狀腺癌往往會比較棘手,而需要調整治療計畫。」

次世代基因定序 NGS,幫助擬定治療計畫

針對復發的甲狀腺癌,可能會再度進行手術與放射碘治療,然後依照患者的狀況,使用傳統的標靶藥物,一般是以抗血管新生為主的標靶藥物。諶鴻遠醫師說,隨著精準醫療的發展,目前還可以在甲狀腺癌復發時,進行次世代基因定序檢測(NGS,Next Generation Sequencing)。

精準醫療的精神是分析腫瘤的基因,然後針對不同的標靶基因,選用對應的標靶藥物來抑制腫瘤生長。諶鴻遠醫師說,在甲狀腺癌復發後,精準醫療的角色就越來越重要。

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針對特定標靶基因的藥物,作用機轉較專一,能準確發揮效果,副作用也較少。諶鴻遠醫師說,例如利用次世代基因定序 NGS 驗出 RET 融合基因突變時,便能使用 RET 抑制劑,抑制腫瘤生長、促使腫瘤凋亡。

具有 RET 融合基因突變的甲狀腺癌往往惡性度較高,較容易復發、轉移,也較容易對放射碘產生抗性。諶鴻遠醫師說,接受次世代基因定序 NGS 檢測,有 5% 至 10% 的機會找到 RET 融合基因突變,年輕型的甲狀腺癌可能會有 25% 的機會找到RET融合基因突變。使用 RET 抑制劑可以幫助讓復發的腫瘤縮小、惡性度下降、讓放射碘治療無效的患者再恢復治療效果。RET 抑制劑的發展對甲狀腺癌復發的患者有很大的幫助。

取得腫瘤組織後,次世代基因定序 NGS 能夠一次檢驗多種腫瘤基因,檢測費用會隨著檢測基因的數量而有所差異,從新台幣數萬元至十萬元以上不等。諶鴻遠醫師說,如今次世代基因定序檢測 NGS 已納入健保給付,符合給付條件的患者,便能以部分負擔的方式進行次世代基因定序檢測。

由於腫瘤基因相當多,究竟要檢測哪些基因,需與臨床醫師討論後取得共識。目前健保給付甲狀腺癌患者的條件與檢測基因,也已公布如下:

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貼心小提醒

甲狀腺癌患者在接受初步治療後,仍有復發的風險,請務必定期追蹤。諶鴻遠醫師提醒,在甲狀腺癌復發後,次世代基因定序 NGS 能夠幫助擬定治療策略。藉由次世代基因定序 NGS,有 5% 至 10%(年輕型高達 25%)的機會驗到 RET 融合基因突變,利用 RET 抑制劑有助於讓復發的腫瘤縮小、惡性度下降、讓放射碘治療無效的患者再度恢復治療效果,達到較佳的治療成效!

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